Ծակոտկեն սիլիցիումի ածխածնային կոմպոզիտային նյութերի պատրաստում և կատարողականի բարելավում

Լիթիում-իոնային մարտկոցները հիմնականում զարգանում են էներգիայի բարձր խտության ուղղությամբ։ Սենյակային ջերմաստիճանում սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդի նյութերը համաձուլվում են լիթիումի հետ՝ արտադրելու լիթիումով հարուստ արտադրանք Li3.75Si փուլ, մինչև 3572 մԱժ/գ հատուկ հզորությամբ, ինչը շատ ավելի բարձր է, քան գրաֆիտի բացասական էլեկտրոդի 372 տեսական հատուկ հզորությունը։ mAh/g. Այնուամենայնիվ, սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդների նյութերի կրկնակի լիցքավորման և լիցքաթափման գործընթացում Si-ի և Li3.75Si-ի փուլային փոխակերպումը կարող է առաջացնել հսկայական ծավալի ընդլայնում (մոտ 300%), ինչը կհանգեցնի էլեկտրոդային նյութերի կառուցվածքային փոշիացման և շարունակական ձևավորման: SEI ֆիլմը, և վերջապես առաջացնում է հզորության արագ անկում: Արդյունաբերությունը հիմնականում բարելավում է սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդների նյութերի աշխատանքը և սիլիցիումի վրա հիմնված մարտկոցների կայունությունը նանո չափերի, ածխածնային ծածկույթի, ծակոտիների ձևավորման և այլ տեխնոլոգիաների միջոցով:

Ածխածնային նյութերն ունեն լավ հաղորդունակություն, ցածր գին և լայն աղբյուրներ: Նրանք կարող են բարելավել սիլիցիումի վրա հիմնված նյութերի հաղորդունակությունը և մակերեսային կայունությունը: Նրանք նախընտրելիորեն օգտագործվում են որպես սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդների արդյունավետության բարելավման հավելումներ: Սիլիցիում-ածխածնային նյութերը սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդների զարգացման հիմնական ուղղությունն են: Ածխածնային ծածկույթը կարող է բարելավել սիլիցիումի վրա հիմնված նյութերի մակերևութային կայունությունը, սակայն սիլիցիումի ծավալի ընդլայնումը արգելակելու նրա ունակությունը ընդհանուր է և չի կարող լուծել սիլիցիումի ծավալի ընդլայնման խնդիրը: Հետեւաբար, սիլիցիումի վրա հիմնված նյութերի կայունությունը բարելավելու համար անհրաժեշտ է կառուցել ծակոտկեն կառուցվածքներ: Գնդիկավոր ֆրեզը նանոնյութերի պատրաստման արդյունաբերական մեթոդ է: Տարբեր հավելումներ կամ նյութական բաղադրամասեր կարող են ավելացվել գնդային ֆրեզով ստացված ցեխի մեջ՝ ըստ կոմպոզիտային նյութի նախագծման պահանջների: Լոլիկը հավասարապես ցրվում է տարբեր ցեխերի միջով և չորանում ցողացիրով: Ակնթարթային չորացման գործընթացում ցեխի մեջ պարունակվող նանոմասնիկները և այլ բաղադրիչները ինքնաբերաբար կձևավորեն ծակոտկեն կառուցվածքային բնութագրեր: Այս փաստաթուղթը օգտագործում է արդյունաբերականացված և էկոլոգիապես մաքուր գնդիկավոր ֆրեզերային և լակի չորացման տեխնոլոգիա՝ ծակոտկեն սիլիցիումի վրա հիմնված նյութեր պատրաստելու համար:

Սիլիցիումի վրա հիմնված նյութերի արդյունավետությունը կարող է բարելավվել նաև՝ կարգավորելով սիլիցիումային նանոնյութերի մորֆոլոգիան և բաշխման բնութագրերը: Ներկայումս պատրաստվել են սիլիցիումի վրա հիմնված նյութեր՝ տարբեր մորֆոլոգիաներով և բաշխման բնութագրերով, ինչպիսիք են սիլիցիումի նանոսիլները, ծակոտկեն գրաֆիտի մեջ ներկառուցված նանոսիլիցիումը, նանոսիլիկոնը՝ բաշխված ածխածնային գնդերում, սիլիցիումի/գրաֆենի զանգվածի ծակոտկեն կառուցվածքները և այլն։ Նույն մասշտաբով, համեմատած նանոմասնիկների հետ։ , նանոթերթները կարող են ավելի լավ ճնշել ծավալների ընդլայնման պատճառով առաջացած ջախջախման խնդիրը, և նյութն ունի ավելի բարձր սեղմման խտություն: Նանոթերթերի անկանոն կուտակումը կարող է նաև ծակոտկեն կառուցվածք ձևավորել: Սիլիցիումի բացասական էլեկտրոդների փոխանակման խմբին միանալու համար: Տրամադրել բուֆերային տարածություն սիլիցիումային նյութերի ծավալային ընդլայնման համար: Ածխածնային նանոխողովակների (CNTs) ներդրումը կարող է ոչ միայն բարելավել նյութի հաղորդունակությունը, այլև նպաստել նյութի ծակոտկեն կառուցվածքների ձևավորմանը՝ շնորհիվ դրա միաչափ մորֆոլոգիական բնութագրերի: Սիլիկոնային նանոթերթներով և CNT-ներով կառուցված ծակոտկեն կառուցվածքների մասին հաշվետվություններ չկան: Այս փաստաթուղթը ընդունում է արդյունաբերապես կիրառելի գնդիկավոր ֆրեզերային, հղկման և ցրման, լակի չորացման, ածխածնի նախնական ծածկույթի և կալցինացման մեթոդները և ներկայացնում է ծակոտկեն խթանիչներ պատրաստման գործընթացում՝ սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդային ծակոտկեն նյութեր պատրաստելու համար, որոնք ձևավորվել են սիլիցիումի նանոթերթերի և ինքնակազմակերպման արդյունքում: CNT-ներ. Պատրաստման գործընթացը պարզ է, էկոլոգիապես մաքուր, և թափոնների հեղուկ կամ թափոնների մնացորդներ չեն առաջանում: Կան բազմաթիվ գրական զեկույցներ սիլիցիումի վրա հիմնված նյութերի ածխածնային ծածկույթի վերաբերյալ, սակայն ծածկույթի ազդեցության վերաբերյալ խորքային քննարկումները քիչ են: Այս փաստաթուղթը օգտագործում է ասֆալտը որպես ածխածնի աղբյուր՝ ուսումնասիրելու ածխածնային ծածկույթի երկու մեթոդների՝ հեղուկ փուլային ծածկույթի և պինդ փուլային ծածկույթի ազդեցությունը ծածկույթի էֆեկտի և սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդների նյութերի աշխատանքի վրա:

1 Փորձ

1.1 Նյութի պատրաստում

Ծակոտկեն սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութերի պատրաստումը հիմնականում ներառում է հինգ քայլ՝ գնդիկավոր ֆրեզեր, մանրացում և ցրում, ցողացիրով չորացում, ածխածնային նախնական ծածկույթ և կարբոնացում։ Նախ, կշռեք 500 գ սկզբնական սիլիցիումի փոշի (կենցաղային, 99,99% մաքրություն), ավելացրեք 2000 գ իզոպրոպանոլ և կատարեք թաց գնդիկավոր ֆրեզ 2000 ռ/րոպե գնդիկավոր ֆրեզման արագությամբ 24 ժամ շարունակ՝ նանոմաշտաբով սիլիցիումի փոշի ստանալու համար: Ստացված սիլիցիումի փոշին տեղափոխվում է դիսպերսիոն փոխանցման բաք, և նյութերը ավելացվում են ըստ սիլիցիումի զանգվածային հարաբերակցության՝ գրաֆիտ (արտադրված է Շանհայում, մարտկոցի դասակարգում), ածխածնային նանոխողովակներ (արտադրված է Տյանցզինում, մարտկոցի դասակարգում)՝ պոլիվինիլ պիրոլիդոն (արտադրված): Տյանցզինում, վերլուծական դասարան) = 40:60:1.5:2: Իզոպրոպանոլն օգտագործվում է պինդ պարունակությունը կարգավորելու համար, իսկ պինդ պարունակությունը նախատեսված է 15%: Հղկումը և ցրումը կատարվում են 3500 ռ/րոպե ցրման արագությամբ 4 ժ. Համեմատվում է առանց CNT-ների ավելացման մեկ այլ խումբ, մյուս նյութերը նույնն են: Ստացված ցրված փոշին այնուհետև տեղափոխվում է ցողացիրով չորացման սնուցող բաք, և ցողումով չորացումը կատարվում է ազոտից պաշտպանված մթնոլորտում, որտեղ մուտքի և ելքի ջերմաստիճանները համապատասխանաբար 180 և 90 °C են: Այնուհետև համեմատվեցին ածխածնային ծածկույթի երկու տեսակ՝ պինդ փուլային ծածկույթ և հեղուկ փուլային ծածկույթ: Պինդ փուլային ծածկույթի մեթոդը հետևյալն է. ցողացիրով չորացրած փոշին խառնվում է 20% ասֆալտի փոշու հետ (պատրաստված է Կորեայում, D50-ը 5 մկմ է), խառնվում է մեխանիկական հարիչի մեջ 10 րոպե, և խառնման արագությունը 2000 ռ/րոպե է ստանալու համար։ նախապես պատված փոշի: Հեղուկ փուլային ծածկույթի մեթոդը հետևյալն է. ցողացիրով չորացրած փոշին ավելացվում է քսիլենի լուծույթին (պատրաստված է Tianjin-ում, անալիտիկ դասարանում), որը պարունակում է 20% ասֆալտ՝ լուծարված փոշու մեջ 55% պինդ պարունակությամբ և հավասարաչափ խառնվում է վակուումով: Թխել վակուումային ջեռոցում 85℃ 4 ժամ, դնել մեխանիկական հարիչի մեջ՝ հարելու համար, հարելու արագությունը 2000 ռ/րոպե է, իսկ հարելու ժամանակը 10 րոպե՝ նախապես պատված փոշի ստանալու համար։ Ի վերջո, նախապես պատված փոշին կալցինացվել է պտտվող վառարանում ազոտի մթնոլորտի տակ 5°C/րոպե տաքացման արագությամբ: Այն սկզբում պահվել է 550°C հաստատուն ջերմաստիճանում 2 ժամ, այնուհետև շարունակվել է տաքանալ մինչև 800°C և 2 ժամ պահել մշտական ​​ջերմաստիճանում, այնուհետև բնականաբար սառչել մինչև 100°C-ից ցածր և լիցքաթափվել՝ ստանալով սիլիցիում-ածխածին: կոմպոզիտային նյութ.

1.2 Բնութագրման մեթոդներ

Նյութի մասնիկների չափերի բաշխումը վերլուծվել է մասնիկների չափսերի ստուգիչի միջոցով (Mastersizer 2000 տարբերակ, արտադրված է Մեծ Բրիտանիայում): Յուրաքանչյուր քայլից ստացված փոշիները փորձարկվել են սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակով (Regulus8220, արտադրված է Ճապոնիայում)՝ ուսումնասիրելու փոշիների մորֆոլոգիան և չափերը: Նյութի փուլային կառուցվածքը վերլուծվել է ռենտգենյան փոշու դիֆրակցիոն անալիզատորի միջոցով (D8 ADVANCE, արտադրված է Գերմանիայում), իսկ նյութի տարրական բաղադրությունը վերլուծվել է էներգիայի սպեկտրի անալիզատորի միջոցով: Ստացված սիլիցիում-ածխածին կոմպոզիտային նյութից պատրաստվել է CR2032 մոդելի կոճակի կիսաբջիջ, իսկ սիլիցիում-ածխածին զանգվածային հարաբերակցությունը՝ SP:CNT:CMC:SBR եղել է 92:2:2:1,5:2,5: Հաշվիչ էլեկտրոդը մետաղական լիթիումի թիթեղ է, էլեկտրոլիտը կոմերցիոն էլեկտրոլիտ է (մոդել 1901, արտադրված է Կորեայում), օգտագործվում է Celgard 2320 դիֆրագմ, լիցքավորման և լիցքաթափման լարման միջակայքը 0,005-1,5 Վ, լիցքավորման և լիցքաթափման հոսանքը՝ 0,1 C։ (1C = 1A), իսկ լիցքաթափման անջատման հոսանքը 0,05 C է:

Սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութերի արդյունավետությունը հետագայում ուսումնասիրելու համար պատրաստվել է լամինացված փոքր փափուկ փաթեթավորող մարտկոց 408595: Դրական էլեկտրոդում օգտագործվում է NCM811 (պատրաստված է Հունանում, մարտկոցի դասի), իսկ բացասական էլեկտրոդի գրաֆիտը պատված է 8% սիլիցիում-ածխածնային նյութով: Դրական էլեկտրոդի ցեխի բանաձևը 96% NCM811 է, 1.2% պոլիվինիլիդեն ֆտորիդ (PVDF), 2% հաղորդիչ նյութ SP, 0.8% CNT և NMP օգտագործվում է որպես ցրող միջոց; բացասական էլեկտրոդի լուծույթի բանաձևը 96% կոմպոզիտային բացասական էլեկտրոդի նյութ է, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT, և ջուրն օգտագործվում է որպես ցրող միջոց: Հարումից, ծածկույթից, գլորումից, կտրումից, լամինացիայից, ներդիրով եռակցումից, փաթեթավորումից, թխումից, հեղուկի ներարկումից, ձևավորման և հզորության բաժանումից հետո պատրաստվել են 408595 լամինացված փոքր փափուկ փաթեթավոր մարտկոցներ՝ 3 Ah անվանական հզորությամբ: Փորձարկվել են 0.2C, 0.5C, 1C, 2C և 3C ջերմաստիճանների արագության կատարումը և 0.5C լիցքավորման և 1C լիցքավորման ցիկլի կատարումը: Լիցքավորման և լիցքաթափման լարման միջակայքը եղել է 2,8-4,2 Վ, մշտական ​​հոսանքի և մշտական ​​լարման լիցքավորումը, իսկ անջատման հոսանքը՝ 0,5C:

2 Արդյունքներ և քննարկում

Նախնական սիլիցիումի փոշին դիտվել է սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակով (SEM): Սիլիցիումի փոշին եղել է անկանոն հատիկավոր՝ 2μm-ից պակաս մասնիկի չափով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 1(ա)-ում: Գնդիկավոր ֆրեզից հետո սիլիցիումի փոշու չափը զգալիորեն կրճատվել է մինչև մոտ 100 նմ [Նկար 1(բ)]: Մասնիկների չափի թեստը ցույց տվեց, որ սիլիցիումի փոշու D50-ը գնդիկավոր ֆրեզումից հետո 110 նմ էր, իսկ D90-ը՝ 175 նմ: Սիլիցիումի փոշու մորֆոլոգիայի մանրակրկիտ ուսումնասիրությունը գնդիկավոր ֆրեզից հետո ցույց է տալիս շերտավոր կառուցվածք (շերտավոր կառուցվածքի ձևավորումը հետագայում կստուգվի խաչմերուկի SEM-ից): Հետևաբար, մասնիկների չափի փորձարկումից ստացված D90 տվյալները պետք է լինեն նանոթերթի երկարության չափը: SEM-ի արդյունքների հետ միասին կարելի է դատել, որ ստացված նանոթերթի չափը փոքր է, քան 150 նմ սիլիցիումի փոշու կոտրման կրիտիկական արժեքը առնվազն մեկ հարթությունում լիցքավորման և լիցքաթափման ժամանակ: Շերտավոր մորֆոլոգիայի ձևավորումը հիմնականում պայմանավորված է բյուրեղային սիլիցիումի բյուրեղային հարթությունների տարբեր դիսոցացիոն էներգիաներով, որոնց թվում սիլիցիումի {111} հարթությունն ավելի ցածր դիսոցման էներգիա ունի, քան {100} և {110} բյուրեղային հարթությունները: Հետևաբար, այս բյուրեղյա հարթությունն ավելի հեշտ է նոսրանում գնդիկավոր ֆրեզումով և վերջապես ձևավորում է շերտավոր կառուցվածք։ Շերտավոր կառուցվածքը նպաստում է չամրացված կառուցվածքների կուտակմանը, տարածք է պահում սիլիցիումի ծավալային ընդլայնման համար և բարելավում է նյութի կայունությունը:

Նանո-սիլիցիում, CNT և գրաֆիտ պարունակող փոշին ցողվել է, իսկ փոշին ցողումից առաջ և հետո հետազոտվել է SEM-ով: Արդյունքները ցույց են տրված Նկար 2-ում: Սփրելուց առաջ ավելացված գրաֆիտի մատրիցը տիպիկ փաթիլային կառուցվածք է՝ 5-ից 20 մկմ չափով [Նկար 2(ա)]: Գրաֆիտի մասնիկների չափի բաշխման թեստը ցույց է տալիս, որ D50-ը 15մկմ է: Սրսկումից հետո ստացված փոշին ունի գնդաձև ձևաբանություն [Նկար 2(բ)], և երևում է, որ գրաֆիտը ցողելուց հետո պատվում է ծածկույթի շերտով: Փոշու D50-ը ցողումից հետո 26,2 մկմ է։ Երկրորդային մասնիկների մորֆոլոգիական բնութագրերը դիտարկվել են SEM-ի միջոցով՝ ցույց տալով նանոնյութերի կողմից կուտակված չամրացված ծակոտկեն կառուցվածքի բնութագրերը [Նկար 2(գ)]: Ծակոտկեն կառուցվածքը կազմված է սիլիցիումի նանոթերթներից և CNT-ներից, որոնք միահյուսված են միմյանց հետ [Նկար 2(դ)], իսկ փորձարկման հատուկ մակերեսը (BET) կազմում է մինչև 53,3 մ2/գ: Հետևաբար, ցողումից հետո սիլիցիումի նանոթերթերը և CNT-ները ինքնուրույն հավաքվում են՝ ձևավորելով ծակոտկեն կառուցվածք:

Ծակոտկեն շերտը մշակվել է հեղուկ ածխածնի ծածկույթով, իսկ ածխածնի ծածկույթի պրեկուրսորի բարձրությունը ավելացնելուց և կարբոնացումից հետո կատարվել է SEM դիտարկում: Արդյունքները ցույց են տրված Նկար 3-ում: Ածխածնի նախնական ծածկույթից հետո երկրորդական մասնիկների մակերեսը դառնում է հարթ՝ ակնհայտ ծածկույթի շերտով, և ծածկույթն ամբողջական է, ինչպես ցույց է տրված 3(ա) և (բ) նկարներում: Կարբոնացումից հետո մակերեսային ծածկույթի շերտը պահպանում է ծածկույթի լավ վիճակ [Նկար 3(գ)]: Բացի այդ, SEM-ի խաչմերուկի պատկերը ցույց է տալիս շերտաձև նանոմասնիկներ [Նկար 3(դ)], որոնք համապատասխանում են նանոթերթերի մորֆոլոգիական բնութագրերին՝ հետագայում ստուգելով սիլիցիումի նանոթերթերի ձևավորումը գնդիկավոր ֆրեզից հետո: Բացի այդ, 3(դ) նկարը ցույց է տալիս, որ որոշ նանոթերթերի միջև կան լցոնիչներ: Սա հիմնականում պայմանավորված է հեղուկ փուլային ծածկույթի մեթոդի կիրառմամբ: Ասֆալտի լուծույթը ներթափանցելու է նյութի մեջ, այնպես որ ներքին սիլիցիումային նանոթերթի մակերեսը ստանում է ածխածնային ծածկույթի պաշտպանիչ շերտ: Հետևաբար, օգտագործելով հեղուկ փուլային ծածկույթ, ի լրումն երկրորդական մասնիկների ծածկույթի էֆեկտ ստանալուց, կարելի է ձեռք բերել նաև առաջնային մասնիկների ծածկույթի կրկնակի ածխածնային ծածկույթի ազդեցությունը: Կարբոնացված փոշին փորձարկվել է BET-ով, և փորձարկման արդյունքը եղել է 22,3 մ2/գ:

Կարբոնացված փոշին ենթարկվել է խաչմերուկային էներգիայի սպեկտրի վերլուծության (EDS), և արդյունքները ներկայացված են Նկար 4(ա)-ում: Միկրոնի չափի միջուկը C բաղադրիչ է, որը համապատասխանում է գրաֆիտի մատրիցին, իսկ արտաքին ծածկույթը պարունակում է սիլիցիում և թթվածին։ Սիլիցիումի կառուցվածքը հետագա ուսումնասիրելու համար կատարվել է ռենտգենյան դիֆրակցիոն (XRD) թեստ, և արդյունքները ներկայացված են Նկար 4(բ)-ում: Նյութը հիմնականում կազմված է գրաֆիտից և մեկ բյուրեղյա սիլիցիումից, առանց ակնհայտ սիլիցիումի օքսիդի բնութագրերի, ինչը ցույց է տալիս, որ էներգիայի սպեկտրի փորձարկման թթվածնի բաղադրիչը հիմնականում գալիս է սիլիցիումի մակերեսի բնական օքսիդացումից: Սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութը գրանցված է որպես S1:

Պատրաստված սիլիցիում-ածխածնային նյութը S1 ենթարկվել է կոճակի տիպի կիսաբջիջների արտադրության և լիցքաթափման թեստերի: Առաջին լիցքաթափման կորը ներկայացված է Նկար 5-ում: Հետադարձելի հատուկ հզորությունը 1000,8 մԱժ/գ է, իսկ առաջին ցիկլի արդյունավետությունը բարձր է մինչև 93,9%, ինչը ավելի բարձր է, քան սիլիցիումի վրա հիմնված նյութերի մեծ մասի առաջին արդյունավետությունը առանց նախնական: գրականության մեջ նշված լիթիացիան: Բարձր առաջին արդյունավետությունը ցույց է տալիս, որ պատրաստված սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութն ունի բարձր կայունություն: Ծակոտկեն կառուցվածքի, հաղորդիչ ցանցի և ածխածնային ծածկույթի ազդեցությունը սիլիցիում-ածխածնային նյութերի կայունության վրա ստուգելու համար պատրաստվել են երկու տեսակի սիլիցիում-ածխածնային նյութեր՝ առանց CNT ավելացնելու և առանց առաջնային ածխածնային ծածկույթի:

Սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութի կարբոնացված փոշու մորֆոլոգիան առանց CNT ավելացնելու ցույց է տրված Նկար 6-ում: Հեղուկ փուլային ծածկույթից և կարբոնացումից հետո, երկրորդական մասնիկների մակերեսին երևում է ծածկույթի շերտ Նկար 6(ա)-ում: Կարբոնացված նյութի խաչմերուկի SEM-ը ներկայացված է Նկար 6(բ)-ում: Սիլիկոնային նանոթերթերի կուտակումն ունի ծակոտկեն բնութագրեր, իսկ BET թեստը կազմում է 16,6 մ2/գ: Այնուամենայնիվ, CNT-ի հետ համեմատած [ինչպես ցույց է տրված Նկար 3(դ)-ում, դրա ածխածնային փոշու BET թեստը կազմում է 22,3 մ2/գ], նանո-սիլիկոնի կուտակման ներքին խտությունը ավելի բարձր է, ինչը ցույց է տալիս, որ CNT-ի ավելացումը կարող է նպաստել: ծակոտկեն կառուցվածքի ձևավորում. Բացի այդ, նյութը չունի CNT-ի կողմից կառուցված եռաչափ հաղորդիչ ցանց: Սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութը գրանցված է որպես S2:

Սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութի մորֆոլոգիական բնութագրերը, որոնք պատրաստված են պինդ փուլային ածխածնային ծածկույթով, ներկայացված են Նկար 7-ում: Կարբոնացումից հետո մակերեսի վրա ակնհայտ ծածկույթի շերտ կա, ինչպես ցույց է տրված Նկար 7(ա)-ում: Նկար 7(բ)-ը ցույց է տալիս, որ խաչմերուկում կան շերտաձև նանոմասնիկներ, որոնք համապատասխանում են նանոթերթերի մորֆոլոգիական բնութագրերին: Նանոթերթերի կուտակումը ծակոտկեն կառուցվածք է ստեղծում։ Ներքին նանոթերթերի մակերեսին ակնհայտ լցոն չկա, ինչը ցույց է տալիս, որ պինդ փուլային ածխածնային ծածկույթը կազմում է միայն ծակոտկեն կառուցվածքով ածխածնային ծածկույթի շերտ, իսկ սիլիցիումային նանոթերթերի համար չկա ներքին ծածկույթի շերտ: Այս սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութը գրանցված է որպես S3:

Կոճակի տիպի կիսաբջջի լիցքավորման և լիցքաթափման թեստն անցկացվել է S2 և S3 սարքերում: S2-ի տեսակարար հզորությունը և առաջին արդյունավետությունը համապատասխանաբար կազմել են 1120,2 մԱժ/գ և 84,8%, իսկ S3-ի տեսակարար հզորությունը և առաջին արդյունավետությունը՝ համապատասխանաբար 882,5 մԱժ/գ և 82,9%: Կոշտ փուլով ծածկված S3 նմուշի հատուկ հզորությունը և առաջին արդյունավետությունը ամենացածրն էին, ինչը ցույց է տալիս, որ կատարվել է միայն ծակոտկեն կառուցվածքի ածխածնային ծածկույթը, իսկ ներքին սիլիցիումային նանոթերթերի ածխածնային ծածկույթը չի կատարվել, ինչը չի կարող լիարժեք խաղ տալ: սիլիցիումի վրա հիմնված նյութի հատուկ հզորությանը և չի կարողացել պաշտպանել սիլիցիումի վրա հիմնված նյութի մակերեսը: S2 նմուշի առանց CNT-ի առաջին արդյունավետությունը նույնպես ցածր էր, քան CNT պարունակող սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութը, ինչը ցույց է տալիս, որ լավ ծածկույթի շերտի հիման վրա հաղորդիչ ցանցը և ծակոտկեն կառուցվածքի ավելի բարձր աստիճանը նպաստում են բարելավմանը: սիլիցիում-ածխածնային նյութի լիցքավորման և լիցքաթափման արդյունավետությունը:

S1 սիլիցիում-ածխածնային նյութը օգտագործվել է փոքր փափուկ փաթեթով լի մարտկոց պատրաստելու համար՝ արագության և ցիկլի կատարողականությունը ստուգելու համար: Լիցքաթափման արագության կորը ներկայացված է Նկար 8(ա)-ում: 0.2C, 0.5C, 1C, 2C և 3C լիցքաթափման հզորությունները համապատասխանաբար կազմում են 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 և 1.021 Ah: 1C լիցքաթափման արագությունը հասնում է մինչև 98.3%, բայց 2C լիցքաթափման արագությունը նվազում է մինչև 73.3%, իսկ 3C լիցքաթափման արագությունը հետագայում նվազում է մինչև 34.4%: Սիլիցիումի բացասական էլեկտրոդների փոխանակման խմբին միանալու համար խնդրում ենք ավելացնել WeChat՝ shimobang: Լիցքավորման արագության առումով 0.2C, 0.5C, 1C, 2C և 3C լիցքավորման հզորությունները համապատասխանաբար կազմում են 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 և 2.289 Ah: 1C լիցքավորման տոկոսադրույքը կազմում է 96,7%, իսկ 2C լիցքավորման արագությունը դեռ հասնում է 84,3%-ի: Այնուամենայնիվ, դիտարկելով Նկար 8(բ) լիցքավորման կորը, 2C լիցքավորման հարթակը զգալիորեն ավելի մեծ է, քան 1C լիցքավորման հարթակը, և դրա մշտական ​​լարման լիցքավորման հզորությունը կազմում է մեծ մասը (55%), ինչը ցույց է տալիս, որ 2C վերալիցքավորվող մարտկոցի բևեռացումը արդեն շատ մեծ: Սիլիցիում-ածխածնային նյութը լավ լիցքավորման և լիցքաթափման կատարում ունի 1C ջերմաստիճանում, սակայն նյութի կառուցվածքային բնութագրերը պետք է հետագայում բարելավվեն՝ ավելի բարձր արագության կատարման հասնելու համար: Ինչպես ցույց է տրված Նկար 9-ում, 450 ցիկլից հետո հզորության պահպանման մակարդակը կազմում է 78%, ինչը ցույց է տալիս ցիկլի լավ կատարումը:

Էլեկտրոդի մակերևութային վիճակը ցիկլից առաջ և հետո հետազոտվել է SEM-ի կողմից, և արդյունքները ներկայացված են Նկար 10-ում: ցիկլից հետո մակերեսի վրա ակնհայտորեն առաջանում է ծածկույթի շերտ [Նկար 10(բ)], որը հաստ SEI թաղանթ է: SEI ֆիլմի կոպտություն Ակտիվ լիթիումի սպառումը մեծ է, ինչը չի նպաստում ցիկլի կատարմանը: Հետևաբար, հարթ SEI թաղանթի ձևավորման խթանումը (օրինակ՝ արհեստական ​​SEI թաղանթի կառուցումը, համապատասխան էլեկտրոլիտային հավելումների ավելացումը և այլն) կարող է բարելավել ցիկլի կատարումը: Սիլիցիում-ածխածնային մասնիկների խաչաձև հատվածային SEM դիտարկումը ցիկլից հետո [Նկար 10(գ)] ցույց է տալիս, որ սկզբնական շերտաձև սիլիցիումի նանոմասնիկները դարձել են ավելի կոպիտ, և ծակոտկեն կառուցվածքը հիմնականում վերացվել է: Սա հիմնականում պայմանավորված է ցիկլի ընթացքում սիլիցիում-ածխածնային նյութի շարունակական ծավալային ընդլայնմամբ և կծկմամբ: Հետևաբար, ծակոտկեն կառուցվածքը պետք է ավելի ընդլայնվի՝ սիլիցիումի վրա հիմնված նյութի ծավալային ընդլայնման համար բավարար բուֆերային տարածություն ապահովելու համար:

3 Եզրակացություն

Հիմնվելով սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդների նյութերի ծավալային ընդլայնման, վատ հաղորդունակության և միջերեսի վատ կայունության վրա՝ այս փաստաթուղթը նպատակային բարելավումներ է անում՝ սկսած սիլիցիումի նանոթերթերի մորֆոլոգիայի ձևավորումից, ծակոտկեն կառուցվածքի կառուցումից, հաղորդիչ ցանցի կառուցումից և ամբողջ երկրորդական մասնիկների ածխածնային ծածկույթից։ , բարելավել սիլիցիումի վրա հիմնված բացասական էլեկտրոդային նյութերի կայունությունը որպես ամբողջություն: Սիլիցիումի նանոթերթերի կուտակումը կարող է ծակոտկեն կառուցվածք ստեղծել։ CNT-ի ներդրումը հետագայում կնպաստի ծակոտկեն կառուցվածքի ձևավորմանը: Սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութը, որը պատրաստված է հեղուկ ֆազային ծածկույթով, ունի կրկնակի ածխածնային ծածկույթի ազդեցություն, քան այն պատրաստված է պինդ փուլային ծածկույթով, և ցուցադրում է ավելի բարձր հատուկ հզորություն և առաջին արդյունավետություն: Բացի այդ, CNT պարունակող սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութի առաջին արդյունավետությունը ավելի բարձր է, քան առանց CNT-ի, ինչը հիմնականում պայմանավորված է սիլիցիումի վրա հիմնված նյութերի ծավալային ընդլայնումը մեղմելու ծակոտկեն կառուցվածքի ավելի բարձր աստիճանի ունակությամբ: CNT-ի ներդրումը կկառուցի եռաչափ հաղորդիչ ցանց, կբարելավի սիլիցիումի վրա հիմնված նյութերի հաղորդունակությունը և ցույց կտա լավ արագություն 1C ջերմաստիճանում; և նյութը ցույց է տալիս լավ ցիկլի կատարում: Այնուամենայնիվ, նյութի ծակոտկեն կառուցվածքը պետք է ավելի ամրապնդվի, որպեսզի ապահովի բավարար բուֆերային տարածք սիլիցիումի ծավալային ընդլայնման համար և նպաստի հարթ ձևավորմանը:և խիտ SEI թաղանթ՝ սիլիցիում-ածխածնային կոմպոզիտային նյութի հետագա ցիկլի կատարողականությունը բարելավելու համար:

Մենք նաև մատակարարում ենք բարձր մաքրության գրաֆիտ և սիլիցիումի կարբիդ արտադրանք, որոնք լայնորեն օգտագործվում են վաֆլի վերամշակման մեջ, ինչպիսիք են օքսիդացումը, դիֆուզիան և եռացումը:

Բարի գալուստ ցանկացած հաճախորդի ամբողջ աշխարհից՝ այցելելու մեզ հետագա քննարկման համար:

https://www.vet-china.com/